Giáo trình Tự động hóa tính toán thiết kế tàu

ây dựng cho mẫu tàu với tỷ lệ B/T = 2,4. Trong sử dụng phạm vi này có thể thay đổi từ 2,2 ÷ 2,6. Hình 3.2 Vị trí tâm nổi cho các nhóm A,B,C,D,E... Phương pháp Ayre Công suất hữu hiệu EHP: 0 64 3 2 v, sEHP C Δ= (3.20) trong đó C2 là hệ số cần xác định, áp dụng cho mỗi giá trị CB chuẩn. Các hiệu chỉnh theo tỷ lệ B/T, LCB, vv... được thực hiện cho mỗi giá trị CB. Hình 3.3 Mỗi phương pháp chỉ có một phạm vi sử dụng nhất định và chỉ đúng cho những trường hợp chuẩn. Hiện chưa có một phương pháp thực tế mang tính đa năng để áp dụng cho các kiểu tàu. 83 Phương pháp tính sức cản tàu sông Hiện nay tồn tại nhiều cách tính sức cản tàu sông thuộc nhóm tàu dạng sà lan (barge type) và tàu dạng thông dụng. Nhiều phương pháp tính giành cho tàu dạng sà lan tuy đã lỗi thời song thích hợp với một số kiểu tàu nhất định. Những phương pháp đó có tên gọi, phương pháp Riehn - Dietz của Deutschland, phương pháp tính của Viện thiết kế tàu Leningrad (thời Liên xô). Phương pháp Riehn - Dietz Phương pháp hoàn chỉnh từ năm 1890, dùng vào việc tính sức cản sà lan, tàu dạng sà lan, tàu kéo chạy sông, tàu khách chạy bằng bánh quay (guồng) đặt bên mạn tàu. Ngày nay phương pháp này giúp cho việc tính toán tham khảo và trong nhiều trường hợp tính toán cho dạng tàu đặc biệt, “hoài cổ” của đội tàu du lịch. Sức cản tàu gồm sức cản ma sát và sức cản dư, tính bằng công thức: R = Rf + Rr = Rf + (akdBT) (3.21) Hệ số kd phụ thuộc vào tỷ lệ L/B và hệ số đầy đường nước CW; Hệ số a là hàm của vận tốc tàu. Công thức tính của Viện thiết kế tàu sông Leningrad Công thức phù hợp cho tàu sông kiểu cũ, dạng sà lan hoặc dạng thông thường song hệ số đầy thể tích lớn. Công thức cho phép tính sức cản toàn bộ của vỏ tàu. R = 0,17WS v1,825 + 1,45(24 -L/B) CB5/2 (Δ/L2) v4 (3.22) trong đó lượng chiếm nước Δ đo bằng [T], diện tích bề mặt tiếùp nước WS bằng [m2], vận tốc tàu đo bằng [m/s]. Sức cản toàn bộ tàu vỏ thép, kiểu tự chạy có thể tính theo công thức do kỹ sư người Nga Zvonkov đề ra cùng thời với công thức vừa nêu. R = fWS v1,825 + CB ξ AM v (1,7+4Fn) (3.23) trong đó: ( ) 5 2 3 17 7 /6 2 /, . ξ = + BmC L B (3.24) m = 1 dùng cho tàu có chân vịt thông thường, m = 1,2 dùng cho tàu với chân vịt trong hầm dẫn tại vòm đuôi. Sức cản toàn bộ tàu vỏ thép, kiểu tự chạy có thể tính theo công thức do kỹ sư người Nga Zvonkov đề ra cùng thời với công thức vừa nêu. R = fWS v1,825 + CB ξ AM v (1,7+4Fn), (3.25) trong đó : 2 .6 7,17 3 2/5 +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = B L mCBξ ; m =1,0 dùng cho tàu có chân vịt thông thường, m =1,2 dùng cho tàu với chân vịt trong hầm dẫn tại vòm đuôi. Sức cản tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh 84 Tàu nhỏ, chạy nhanh được đề cập trong phần này có chiều dài toàn bộ dưới 30 ÷ 40m, khai thác với vận tốc đến Fn ≈ 2. Đặc tính hình học thân tàu loạt tàu này được hạn chế trong phạm vi : CB = 0,30 ÷ 0,60; CP = 0,50 ÷ 0,75 ; L ∇ =3 3,5 ÷ 8,5; L B = 3,0 ÷ 6,0; B T = 1,5 ÷3,5. Bảng kê dưới đây nêu rõ tên tác giả và phạm vi ứng dụng của phương pháp. Đồ thị và dẫn giãi cách dùng được đề cập đầy đủ trong tài liệu đã dẫn. Bảng 3.6 Tên tác giả L CB CP L/B B/T Fn L ∇3 [m] Kafali 9 -30 0,325-0,45 - 3,8-4,8 - 1,7-3,0 0,12- 0,46 Henschke 6-40 - - 5 -8 - - 0,25- 1,1 de Groot - 0,29 - 0,56 0,46 - 0,79 5,2- 9 3,53 - 10,1 3,57 FnV :2,7 Buller - - - 6,0 - 8,5 - - 0,4 - 0,9 Savitzky Brawn 0,29 - 0,54 4,8 - 6,8 3,5 - 7,4 3,1 - 4,4 FnV :2,6 Nodstrem 0,373-0,41 0,576- 0,599 5 - 8 4,83-6,94 3,16-3,57 FnV :2,7 SSPA 0,4 0,68 6,7,8 3,0 - 4,0 FnV :2,0 NPL 0,397 0,693 5 - 9 3,3 - 7,5 1,72 - 6,87 FnV :2,8 3.3.2. Các phương pháp tính sức cản dựa trên cơ sở phân tích hồi qui Phương pháp tính thông dụng trong toán tính có tên gọi “phép hồi qui” tạm dịch từ tiếng Pháp regression được các nhà đóng tàu sử dụng với mức tối đa khi nghiên cứu sức cản tàu thông dụng. Trong các bài của Scott từ những năm bảy mươi đã trình bày kết quả đo thực tế về sức cản tàu một chân vịt và hai chân vịt dưới dạng công thức hồi qui *) . Sử dụng phép tính thống kê này có kết quả còn kể đến Holtrop trong các tài liệu bàn về trang bị động lực cho loạt tàu cao tốc. Từ kết quả thử nghiệm của 334 cuộc thí nghiệm mô hình Holtrop tổng kết về dạng **) : RT = RF(1+k1) + RAPP + RW + RB + RTR + RA (3.26) Trong công thức này, RF tính theo khuyến cáo ghi trong công thức ITTC-57, hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu được tổng kết cũng trên cơ sở thống kê. (1+k1) = 0,93 + 0,487118(1+0,011Cl)x(B/L)1,06806 (T/L)0,46106 x(LWL/LR)0,121563 (LWL3/∇)0,36486 x(1-CP)-0,604247 (3.27) Chiều dài mang ký hiệu LR được hiểu là: LR = L C C LCB CWL p p p 1 0 06 4 1 − + − ⎛ ⎝ ⎜⎜ ⎞ ⎠ ⎟⎟ , . (3.28) *) Scott I. R. “A method od predicting trial performance of single screw merchant ships”, Trans RINA,1975, **) Holtrop, J.A “A statical re-analysis of resistance and propulsion data”, ISP, 1988 85 Hệ số Cl đề cập ảnh hưởng vòm lái, theo Holtrop = -10 dùng cho sườn tàu V, +10 cho sườn chữ U, = 0 cho sườn thông thường. Sức cản bổ sung tính hơi dài dòng : R V C k SAPP s F td APP BT= + +∑12 12 2ρ ( ) R (3.29) công thức tính (1+k2)td có dạng: ( ) ( ) 1 1 2 2+ = +∑∑k k S S td APP APP (3.30) Nếu tầu có trang bị chân vịt lái ( thruster) nằm phía mũi, sức cản RBT mới được tính: R = πρVs2.dTCBT với dT - đường kính hầm chân vịt mũi, CBT = (0,003 ÷ 0,012). Thành phần sức cản sóng cũng tính theo phép hồi qui. RW= K1 K2 K3 ∇ρg.exp[K4 FK6 + K5 cos(K7/Fn2)] (3.31) Các hệ số trong công thức cuối được tác giả trình bày đầy đủ trong tài liệu vừa nêu (1988). Phương pháp tổng nhỏ nhất các bình phương được sử dụng phổ biến trong xác định các hằng số các công thức hồi qui. Kết quả nghiên cứu sức cản được đưa thẳng vào chương trình thiết kế nhằm mô phỏng sức cản tàu trong các chế độ khai thác và tiếp đó xác định công suất cần thiết của máy quay chân vịt, tạo lực đẩy đủ thắng sức cản ấy. Một trong những ví dụ thực hiện tự động hóa tính sức cản vỏ tàu của seri BSRA (của UK) được tiến hành như sau ***) . Hệ số sức cản tàu dài tiêu chuẩn 400 ft tính theo phương thức cổ điển trong hệ thống đo Anh- Mỹ, nguyên dạng được định nghĩa: CR,400 = © ± a., (3.32) trong đó a - hiệu chỉnh theo chiều dài tàu. a = sfc s = sfc 3/2∇ WS (3.33) © = 33/2 .1,427 sV EHP Δ hoặc © = 23/2 .2938 sTV R Δ (3.34) trong đó RT tính bằng [lb], L bằng [ft], VS bằng [HL/h], và Δ tính bằng long ton (1T = 1016kG). Khi biết CR,400 có thể tính sức cản toàn bộ hoặc công suất đẩy tàu theo công thức: 2938 . ].[ 23/2 s T V aR Δ©±= , hoặc EHP = [© ± a ] 1,427 . 33/2 sVΔ (3.35) ***) Sabit A.S. “Regression analysis of the resistance results of the BSRA series”, ISP, Vol 18, 1971 86 Hệ số sfc đọc theo bảng. Bảng 3.7 L [ft] VS /√L 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 100 0,0150 0,0141 0,0134 0,0129 0,0125 0,0121 0,0119 200 0,0069 0,0065 0,0062 0,0059 0,0058 0,0056 0,0055 300 0,0029 0,0027 0,0026 0,0025 0,0024 0,0023 0,0023 400 - - - - - - - 500 -0,0013 -0,0012 -0,0012 -0,0011 -0,0011 -0,0010 -0,0010 600 -0,0041 -0,0039 -0,0037 -0,0036 -0,0034 -0,0034 -0,0033 700 -0,0058 -0,0054 -0,0051 -0,0049 -0,0048 -0,0047 -0,0046 800 -0,0070 -0,0066 -0,0063 -0,0060 -0,0059 -0,0057 -0,0056 900 -0,0082 -0,0077 -0,0073 -0,0070 -0,0068 -0,0066 -0,0065 1000 -0,0091 -0,0086 -0,0081 -0,0078 -0,0076 -0,0074 -0,0072 Hệ số CR,400 xây dựng cho se-ri tàu BSRA có dạng: C a a a a a a a a a a a a a a a a 400 0 1 2 3 4 5 2 6 2 7 2 8 2 9 10 11 12 13 14 215 = + + + + + + + + + + + + + + + + . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . λ β δ ξ λ β δ ξ λ β λ δ λ ξ β δ β ξ δ ξ ξ δ + (3.36) trong đó các ký hiệu mang ý nghĩa sau : (%);;;; 3 LCBC T BL B ===Δ= ξδβλ (3.37) Để giảm bớt sai số khi tính các phép biến đổi, đưa các hệ số về dạng chuẩn, thay đổi trong giới hạn từ -1 đến +1 sẽ thực hiện theo thứ tự: x0 1= ; 064,1 296,5 1 −= λx ; 05,9 025,3.10 2 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − = T B x 75 )725,0.(1000 3 −= BCx ; 77,2 )77,0( 4 −= LCBx ; ; x x5 12= ; ; ; 226 xx = 237 xx = 248 xx = 219 .xxx = ; ; 4110 .xxx = 5111 .xxx = ; 4312 .xxx = ; ; 4213 .xxx = 4314 .xxx = ; x x x15 4 3 2= . ; Thay vì C400, cần tính hệ số trung gian : 87 Y400 = ∑ (3.38) = 15 0 . i ii xa Quan hệ giữa Y400 và C400 như sau: 1635,5 1035,13400 400 −= CY (3.39) Các hệ số aj, j =0,1,2,...,15 được xác định cho dãy giá trị của vận tốc tương đối V L s , từ 0,5 đến 0,8. Ví dụ, hệ số aj, j = 0, 1, 2, ..., 15 tính cho trường hợp vận tốc tương đối từ 0,5 đến 0,8 như sau. Bảng 3.8 V/√L 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 a0 -0,7550 -0,7612 -0,7336 -0,6836 -0,5760 -0,3290 -0,0384 a1 0,2107 0,223 0,2399 0,2765 0,3164 0,3562 0,4550 a2 0,0872 0,0911 0,0964 0,0995 0,1108 0,1134 0,0664 a3 0,0900 0,0768 0,0701 0,0856 0,1563 0,4449 1,0124 a4 0,0116 0,0345 0,0210 0,0496 0,2020 0,3557 0,2985 a5 0,0883 0,0842 0,0939 0,1270 0,1790 0,1272 0,0930 a6 0,0081 0,-154 0,0177 0,0175 0,0170 0,0066 0,0118 a7 0,0631 0,0644 0,0656 0,0957 0,1193 0,1415 0,5080 a8 0,0429 0,0650 0,1062 0,1463 0,1706 0,1238 0,2203 a9 -0,0249 -0,0187 -0,0270 -0,0502 -0,0699 -0,0051 -0,0514 a10 -0,0124 0,0292 0,0647 0,1629 0,3574 0,2882 0,2110 a11 0,0236 -0,0245 -0,0776 -0,1313 -0,3034 -0,2508 0,0486 a12 -0,0301 -0,0442 -0,0537 -0,0863 -0,0944 -0,0115 -0,0046 a13 0,0877 0,1124 0,1151 0,1133 0,0839 -0,0156 -0,1433 a14 -0,1243 -0,1341 -0,0775 0,0355 0,1715 0,2569 0,2680 a15 -0,0269 -0,0006 0,1145 0,2255 0,2006 0,0138 0,2283 Phạm vi ứng dụng của phương pháp: %54,3%2;8,065,0;96,312,2;36,6232,43/1 +÷−=÷=÷=÷=Δ LCBCT BL B Ví dụ tính sức cản tàu cá. Trong những năm năm mươi tại bể thử số 1 thuộc NPL ( thuộc UK) tiến hành xử lý kết quả thử mô hình tàu đánh cá lươí kéo kiểu cũ . Số lượng mô hình được thử từ giữa những năm ba mươi đến giữa những năm năm mươi gồm 130 chiếc. Tàu được thử thuộc dạng tàu đánh cá bằng lưới kéo, tiếng Anh viết là trawler. Tác giả người Anh D.J. Doust được giao nhiệm vụ xác lập hệ số sức cản cho tàu dài tiêu chuẩn 200ft ( qui thành 61m) . Tham số trong hàm gồm tỷ lệ L/B, B/T, hệ số đầy mặt 88 giữa tàu CM, hệ số đầy CP, tâm nổi phần chìm LCB tính bằng %, và góc kết cấu mũi của đường nước. Hệ số CR,200ft tính như sau *) . 2 2928 22 27 2 26 2 25 24 22 23 2 22 2 21 2 19 2 20 22 19 2 18 2 1716 22 15 2 14 2 1312 2 11109 2 8 7 2 65 2 43 2 210200 .......... .......... ............ .......... ....... ββελελελ ελλλλλ λξεεεξ ξξξεελ λξξββ CPaCPaaaa aCPaCPaCPaCPa CPaCPaCPaCPaCPaCPa CPaCPaCPaaaCMaa aCPaCPaaaaaaCR +++++ ++++++ +++++++ ++++++++ ++++++++= (3.40) Phạm vi ứng dụng của phương pháp: aftLCBC T B B L P %.54,3%0;68,060,0;6,20,2;8,54,4 +÷=÷=÷=÷= oo 3010;.9,081,0 ÷=÷= εMC Bảng 3.9 V/√L 0,8 0,9 1,0 1,1 a0 -0,6641 -0,5496 -0,1053 0,1783 a1 0,1273 0,0901 0,1795 0,3259 a2 0,0652 0,0328 0,1752 0,3883 a3 0,0584 -0,0263 -0,2771 -0,2881 a4 -0,0857 -0,1009 -0,1268 0,1321 a5 -0,0113 0,1011 0,5299 0,4943 a6 0,0405 0,0641 0,1988 0,4091 a7 0,1973 0,2120 0,3129 0,1280 a8 0,0152 -0,0140 -0,1068 -0,2769 a9 -0,0701 -0,1118 -0,1873 -0,0040 a10 0,1402 0,1933 0,3603 0,5311 a11 0,0702 0,1329 0,3203 0,5239 a12 0,1363 0,0232 -0,1599 -0,4904 a13 -0,2305 -0,2643 09,5207 0,0608 a14 -0,1762 -0,3374 -0,4600 0,1516 a15 0,4469 0,7199 1,4720 -0,3782 a16 -0,1416 -0,2178 -0,6562 -0,8533 a17 -0,1003 -0,0851 -0,3545 0,1506 a18 0,2584 0,0601 0,1542 -0,4252 a19 0,1767 -0,0220 -0,1283 0,1145 *) Doust D.J.,O’Brien “Resistance and propulsion of trawlwes”, Trans. NECI, Vol 75, 1959 89 a20 0,0385 0,0299 0,0506 -0,0930 a21 -0,1886 -0,2085 -0,3192 -0,2343 a22 -0,0261 -0,0843 -0,3110 -0,2299 a23 -0,0318 -0,1187 -0,1835 -0,6057 a24 0,1375 0,0655 0,0175 -0,0804 a25 0,1304 -0,0010 -0,3088 -0,3055 a26 0,1029 -0,0407 -0,6904 -0,8458 a27 -0,0027 0,1408 0,0928 -0,2882 a 28 0,1700 0,0649 0,2781 0,0532 a29 0,0975 -0,0015 0,1457 0,2367 Theo đơn đặt hàng của tổ chức nông lương quốc tế FAO, đợt tiếp theo Doust thực hiện phép hồi qui tính sức cản tàu cá dựa vào kết quả thử mô hình của 308 tàu. Hệ số sức cản của tàu CR16ft tính cho tàu dài tiêu chuẩn 16 ft (4,86m), gồm 86 thành phần. CR16 = (3.41) ∑ = 86 1 ,...),,,(. i Bi CHBLXa Các công thức tính chuyển từ hệ số sức cản cho tàu chiều dài tiêu chuẩn 200ft và 16tf sang sức cản tàu thật, độ dài khác độ dài tiêu chuẩn có thể thuộc dạng của Froude hoặc của ITTC-1957 .Theo khuyến cáo của hội nghị ITTC-57, công thức tính chuyển CR(L) của tàu có chiều dài khác 16 ft, từ CR16 có dạng: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ ×−= −− 2 32/3 2 3 16)( 10...2834,1log10..88log212847,0 LL V L VLWSCC RLR (3.42) trong đó WS - diện tích mặt tiếp nước, đo bằng (ft2), L - chiều dài tàu, đo bằng (ft),và Δ - lượng chiếm nước tàu, đo bằng (T- long tone), vận tốc V đo bằng (HL/h). Công thức Telfer tính hệ số sức cản toàn bộ, phụ thuộc vận tốc tương đối V/√L, áp dụng cho tàu tiêu chuẩn dài 200ft, tính chuyển bằng phép ngoại suy Froude. 2. . V LRC TT Δ= (3.43) Với tàu có chiều dài không tiêu chuẩn công thức tính CT ( hoặc được ký hiệu cách khác CR) tính theo công thức: CR,tàu thật = CR200 + hiệu chỉnh. (3.44) trong đó hiệu chỉnh tính bằng quan hệ 3/1 '200 5,152 =Δ L sfc . Theo khuyến cáo của ITTC-57 hệ số sfc dùng trong trường hợp này có dạng: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ∇⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ∇= − 8 3 6 2 4 175,0 3/13/2 10 22,1 10 77,2 10 29,00196,0 LLLLWSsfc . (3.45) Áp dụng các công thức trên tính hệ số Telfer cho tàu cá có kích thước dưới đây: 90 L = 180’; L/B = 5,4; B/T = 2,53; CM = 0,909; CP = 0,60; LCB = 4,31%; ½ ε = 15°. Tính cho trường hợp V/√L = 1,0. CR,200ft = 14,1 theo công thức hồi qui. CR,180ft = CR,200ft + hiệu chỉnh. hiệu chỉnh = 3/1 '200 5,152 =Δ L sfc = sfc 3 1719 5,152 Sau khi tính sfc = 0,012, hiệu chỉnh sẽ là : .153,0 97,11 012,05,152 =× CR,180ft = CR,200ft + hiệu chỉnh = 14,10 + 0,153 = 14,253. Để giúp bạn đọc chưa có dịp tiếp xúc và xử lý công thức Telfer trong hệ thống đo Anh_Mỹ, đoạn ngắn trích từ listing chương trình tính sức cản theo phương pháp Doust sẽ nêu rõ thứ tự thực hiện các phép tính chuyển CR200, tính sức cản bằng lb hoặc kG, công suất hữu hiệu EHP. Tại đây người viết xin phép đua vào một ngoại lệ, ngôn ngữ dùng viết chương trình là Pascal chuẩn, thay vì C ANSI thông lệ. Procedure Doust; (************* dung cho tau ca, pp Doust **************) Const a: array[1..4,0..29] of real=((-0.6641,0.1273,0.0652,0.0584,-0.0857,-0.0113, 0.0405,0.1973,0.0152,-0.0701,0.1402,0.0702,0.1363,-0.2305,-0.1762,0.4469, -0.1416,-0.1003,0.2584,0.1767,0.0385,-0.1886,-0.0261,-0.0318,0.1375,0.1304, 0.1029,-0.0027,0.17,0.0975),(-0.5496,0.0901,0.0328,-0.0263,-0.1009, 0.1011,0.0641,0.212,-0.014,-0.1118,0.1933,0.1329,0.0232,-0.2643,-0.3374, 0.7199,-0.2178,-0.0851,0.0601,-0.022,0.0299,-0.2085,-0.0843,-0.1187, 0.0655,-0.001,-0.0407,0.1408,0.0649,-0.0015),(-0.1053,0.1795,0.1752, -0.2771,-0.1268,0.5299,0.1988,0.3129,-0.1068,-0.1873,0.3603,0.3203, -0.1599,-0.5207,-0.4600,1.472,-0.6562,-0.3545,0.1542,-0.1283,0.0506, -0.3192,-0.311,-0.1835,0.0175,-0.3088,-0.6904,0.0928,0.2781,0.1457), (0.1783,0.3259,0.3883,-0.2881,0.1321,0.4943,0.4091,0.128,-0.2769, -0.004,0.5311,0.5239,-0.4904,0.0608,0.1516,-0.3782,-0.8533,0.1506, -0.4252,0.1145,-0.093,-0.2343,-0.2299,-0.6057,-0.0804,-0.3055, -0.8458,-0.2882,-0.0532,0.2367)); Ostandard:array[1..4] of real =(0.09668,0.08708,0.08266,0.07989); Linft: array[1..4] of real = (50.0,100.,150.,200.0); U:array[1..4] of real = (0.8,0.9,1.0,1.1); Var CR200,DELTA1,Rlb,RkG,SD23 :real; SFC,BTS,LBS,CMS,CPs,LCBS,ALPHAES :real; k,m :integer; vdL,Vs,Sum :real; aa,bb,cc,Cycl,Delta,DeltaL,Delta200: real; Begin Assign(Printer,'C:\R_tauca.out'); rewrite(Printer); Clrscr; writeLn; writeLn; WriteLn('Suc can tau ca theo pp Doust'); 91 writeLn; write(' Cho biet ten tau : '); ReadLn( ship); writeln(Printer, ship); writeLn; writeLn(' Enter :Lpp, B/T, L/B, LCB, CP, CM, Alpha'); writeLn(' Giai thich: Lm - chieu dai,[m]; B/T, L/B - ti le kich thuoc'); writeLn(' L/B = 4,4 ~ 5,8; B/T = 2 ~ 2,6; CP = 0,6 ~ 0,7'); writeLn(' LCB= XB/Lpp, tinh bang %, trong do XB mang dau - ! neu'); writeLn(' XB nam truoc mat giua tau, con mang dau + neu sau mat giua tau.'); writeLn(' LCB = +0 ~ +6% '); writeLn(' CP- he so day lang tru; CM- he so day mat giua tau = 0,81 ~0,91'); writeLn(' Alpha- 1/2 goc vao mui tau [do], Alpha = 10 ~ 30 do '); writeLn; writeLn; write(' Nhap Lpp [m] = '); readLn(Lm); write(' Nhap B/T = '); readLn(BTS); write(' Nhap L/B = '); readLn(LBS); write(' Nhap LCB [%] = '); readLn(LCBS); write(' Nhap CP [ ] = '); readLn(CPS); write(' Nhap CM [ ] = '); readLn(CMS); write(' Nhap Alpha [o]= '); readLn(ALPHAES); Lft:=Lm/Foot; Writeln(Printer, 'Resistance by Doust'); writeln(Printer); writeln(Printer,' Lpp =',Lm:6:2,' m',' B/T=',BTS:6:3,' L/B=',LBS:6:3); writeln(Printer,' LCB =',LCBS:6:2,'%Lpp CP=',CPS:6:3,' CM=',CMS:6:3, ' 1/2 Alphae =',Alphaes:6:2,' degrees'); writeln(Printer); LB:= LBS-5.0; BT:= 100.0/64.0*(BTS-2.5); CM:= 10.0*(CMS-0.875); CP:= 16.0*(CPS-0.64); LCB:= 0.25*(LCBS-2.0); Alphae:=10.0/128.0*(Alphaes-20.0); DeltaL:= Lft*(Lft/LBS)*(Lft/LBS/BTS)*CPS*CMS/35.0; Delta200:=200*(200.0/LBS)*(200.0/LBS/BTS)*CPS*CMS/35.0; Delta:=deltaL*1.016; SD23:=3.223+0.5402*(Lm/Power(delta,0.33333333)); j:=0; repeat j:=j+1; until (Lft 4); if j=1 then begin aa:=50.0-Lft; bb:= 100.0-Lft; cc:=(0.09668*bb-0.08708*aa)/50.0; end; if (j>1) and (j<=4) then begin aa:=Linft[j]-Lft; bb:= aa/50.0*(Ostandard[j]-Ostandard[j-1]); cc:= Ostandard[j]-bb; end; for i:=1 to 4 do begin vdL:= U[i]; Vs:= VdL* sqrt(Lft); CycL:=1.055*VdL; Cycl:= Power(Cycl,-0.175); (* writeln(' Ship velocity =',Vs:6:2,' kn'); *) 92 sum:= a[i,0]+a[i,1]*BT+ a[i,2]*BT*BT+a[i,3]*LCB+a[i,4]*LCB*LCB+ a[i,5]*CP+a[i,6]*CP*CP+a[i,7]*LB+a[i,8]*LB*LB+a[i,9]*CM+a[i,10]*ALPHAE+ a[i,11]*ALPHAE*ALPHAE+ a[i,12]*CP*LCB+a[i,13]*CP*LCB*LCB+ a[i,14]*CP*CP*LCB+a[i,15]*CP*CP*LCB*LCB+ a[i,16]*CP*ALPHAE+a[i,17]* CP*ALPHAE*ALPHAE+a[i,18]*CP*CP*ALPHAE+a[i,19]*CP*CP*ALPHAE*ALPHAE+ a[i,20]*CP*LB+a[i,21]*CP*LB*LB+ a[i,22]*CP*CP*LB+ a[i,23]*CP*CP*LB*LB+ a[i,24]*LB*ALPHAE+a[i,25]*LB*ALPHAE*ALPHAE+a[i,26]*LB*LB*ALPHAE+ a[i,27]*LB*LB*ALPHAE*ALPHAE+a[i,28]*CP*BT+a[i,29]*CP*BT*BT; CR200:=10.0*Sum+16.0; SFC:=(cc -0.07989)*Sd23*CycL; Delta1:= 152.5*Sfc/Power(Delta200,0.3333333) ; CR:=Cr200+Delta1; Rlb:=Cr*DeltaL*sqr(vs)/Lft; RkG:= 0.4536*Rlb; EHP:= Rlb*vs/325.7; writeln(Printer); writeln(Printer,' U Vs R EHP'); writeln(Printer,' - [HL/h] [kG] [HP]'); writeLn(Printer); writeln(Printer, U[i]:14:2, Vs:6:2, Rkg:12:2, EHP:10:3); end; Close(Printer); end; 3.3.3 Sức cản tàu chạy trên miền nước cạn Sức cản vỏ tàu rất nhạy cảm với chiều sâu vùng nước hoạt động. Tại những vùng nước cạn sức cản tăng lên một cách đáng để ý. Nguyên nhân của sự thay đổi có thể tìm trong sự khác nhau của các hàm thế dòng bao quanh thân tàu khi tàu ở trên nước sâu và khi ở nước cạn. Biểu hiện ra ngoài chúng ta có thể quan sát bằng mắt thường. Khi chạy trên vùng nước sâu tàu tạo hệ thống sóng ngang và sóng xiên để tổng hợp lại thành hệ thống sóng cắt ngang tàu ở góc cố định, giữa 19 và 20°, nói cụ thể hơn góc này theo tính toán của nhiều nhà nghiên cứu là 19°28’. Từ lý thuyết sóng nước chúng ta cũng biết rằng vận tốc sóng trên mặt nước phụ thuộc vào chiều sâu vùng nước h : w w w L htgh Lg V .2. 2 .2 π π= , (3.46) trong đó Lw - chiều dài sóng đo từ đỉnh đến đỉnh kế tiếp. Khi h/Lw tăng, tgh(2πh/LW) tiến đến 1, do vậy trên vùng nước sâu vận tốc sóng trở thành: π2 .2 w w Lg V = (3.47) Ngược lại khi h giảm, tỷ lệ h/Lw nhỏ, hàm tgh(2πh/LW) tiến đến 2πh/LW, và trên nước cạn vận tốc sóng trở thành: V gw 2 = h (3.48) Từ công thức cuối có thể nhận thấy, sóng nước sẽ thay đổi mang tính đột xuất khi vận tốc sóng V gw = h , góc cắt của sóng với tàu lớn đến mức gần vuông góc với hướng tiến của tàu. Số 93 Froude liên quan đến vận tốc tàu trên vùng nước cạn giờ đây có thể viết Fn V gh H = . Quan hệ giữa số FnH và Fn thông thường Fn V gL = được biểu diễn dưới dạng: Fn h L gh VFnH == (3.49) Trong thực tế từ FnH xấp xỉ 0,4 ÷ 0,5 góc cắt sóng đã bắt đầu tăng, chiều cao sóng do tàu tạo ra cao dần. Khi số này gần bằng 1 hệ thống sóng từ mũi tàu và đuôi tàu gần như nằm ngang, tạo góc gần 90° so với thân tàu, chiều cao sóng đạt gía trị hết sức lớn nếu h nhỏ. Giá trị này, V ≈ (0,85 ÷ 0,95). gh được gọi là vận tốc giới hạn. Tại vận tốc cao hơn vận tốc giới hạn góc cắt sóng giảm dần và sau đó trở lại trạng thái gần như sóng trên nước sâu. Sức cản tàu trên nước cạn tăng giảm theo mô hình tạo sóng vừa nêu. Trong giới hạn tàu chạy không nhanh, FnH khoảng 0,4 - 0,5, ảnh hưởng của chiều sâu vùng nước đến sức cản không đáng kể. Khi tăng FnH lên trên miền 0,5 sức cản tàu tăng lên rõ rệt. Khi vận tốc tàu đạt đến vận tốc giới hạn sức cản tàu đạt giá trị lớn nhất. Sau miền vận tốc giới hạn, sức cản tàu giảm và tại miền vận tốc cao nhất định sức cản tàu trên vùng nước cạn nhỏ hơn giá trị tương ứng tính trên vùng nước sâu. Trên đồ thị tại hình H.3.4 dưới đây giới thiệu các đường sức cản vỏ tàu trên vùng nước cạn, phụ thuộc vào tỷ lệ h/T, trong đó các đường I, II, III vẽ tương ứng cho trường hợp h T h T h TI II I ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ < ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ < ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ II . Tại đồ thị trên đây còn có đường sức cản tàu tương đương tính cho trường hợp nước vô cùng sâu. Một trong những phương pháp kinh nghiệm tính sức cản tàu chạy trên vùng nước cạn như sau. Sức cản toàn bộ được coi là tổng của sức cản ma sát và sức cản dư. Trong đó sức cản ma sát phụ thuộc vào vận tốc Vf còn sức cản dư phụ thuộc vào vận tốc Vr. SVSVR rf ..2 1.. 2 1 22 ρρ += (3.50) Trong công thức trên đây vận tốc Vf và Vr tình bằng công thức kinh nghiệm: α VV f = (3.51) β VVr = (3.52) trong đó : V - vận tốc tàu trên vùng nước độ sâu h, hệ số α, β phụ thuộc vào tỉ lệ H/T và số Froude FrH. 94 Chương 4 THIẾT KẾ CHÂN VỊT TÀU THỦY 4.1 ĐẶC TÍNH HÌNH HỌC CHÂN VỊT Chân vịt tàu thủy gồm có củ và các cánh gắn lên nó. Cánh chân vịt là vật thể do hai mặt xoắn ốc giới hạn. Mặt xoắn ốc chân vịt xây dựng trên cơ sở cacù đường xoắn ốc. Một điểm A cách trục đoạn r, quay quanh trục 0X với vận tốc có thể không đổi, đồng thời chuyển động tịnh tiến theo hướng dọc trục 0X vẽ nên đường xoắn ốc. Tùy thuộc vận tốc tịnh tiến cố định hay thay đổi, đường xoắn ốc sẽ có bước cố định hoặc bước thay đổi. Khai triển đường xoắn ốc bước cố định có dạng như tại H.5.1b, đường với bước thay đổi dạng (H.4.1c). Hình 4.1 Đường xoắn ốc và góc xoắn Bước xoắn (Pitch), ký hiệu P hoặc H, là quãng đường song song với trục quay mà điểm A (H.5.1) đạt được sau một vòng quay. Góc xoắn: tg ϕ = 2 . H rπ (4.1) Tam giác tại (H.4.1 b, c) gọi là tam giác bước. Một đoạn cung bất kỳ, ví dụ cung AB trên H.4.2, vừa quay quanh trục 0X vừa chuyển động tịnh tiến dọc trục sẽ vẽ nên mặt xoắn ốc trong lòng ống trụ. Đoạn AB được gọi là đường sinh của mặt xoắn ốc. Đường sinh có thể là đoạn thẳng, cung hai chiều hoặc cung ba chiều. Đường sinh có thể vuông góc với trục quay và cũng có thể nghiêng dưới góc bất kỳ so với trục. Tính đa dạng của đường sinh tạo ra đa dạng của mặt xoắn do nó sinh ra. Hình 4.2 Mặt xoắn ốc và góc xoắn 95 Mỗi cánh chân vịt là do hai mặt xoắn ốc chung đường giao hay là đường bao cánh tạo nên. Đường bao là mép cánh chân vịt. Mép cánh làm nhiệm vụ chém vào nước lúc tàu tiến về trước gọi là mép dẫn (leading edge - LE) còn mép kia, nằm ở phía ngược lại gọi là mép thoát (trailing edge - TE). Trong hai mặt xoắn, mặt nằm về phía đi tới của tàu gọi là măït hút. Thông thường mặt hút có bước thay đổi theo hai hướng, là mặt 3D có cấu hình phức tạp. Mặt ngược có tên gọi là mặt đạp. Diện tích mặt xoắn ốc bọc cánh gọi là diện tích cánh chân vịt. Diện tích tất cả các cánh của một chân vịt, là diện tích khai triển của các cánh, ký hiệu Ad (AD ). Diện tích này trải ra trên mặt phẳng chuẩn gọi diện tích mặt trải, ký hiệu Ae (AE). Hình chiếu đường bao cánh lên mặt phẳng Y0Z vuông góc với trục quay 0X gọi là hình chiếu bao cánh. Diện tích hình này có tên gọi diện tích hình chiếu cánh. Tổng diện tích hình chiếu cánh của tất cả các cánh gọi là diện tích hình chiếu cánh, ký hiệu Ap hoặc Ac. Diện tích vòng tròn đường kính D: A0 = π 2/4.D có tên gọi diện tích mặt đĩa. Công thức gần đúng xác định quan hệ giữa AD, Ap, chân vịt seri B-Wageningen như sau: 1 067 0 229( , , / ) P D AA P D ≅ − , trong đó P - bước chân vịt. (4.2) Tỉ lệ mặt đĩa: 2 2 0 0 0 4 4;